პლაზმის განმარტება (მატერიის მდგომარეობა, ფიზიკა და ქიმია)

ანხელ ზამორა რამირესი
დიპლომი ფიზიკაში

პლაზმა არის აირისებრი სითხე, რომელშიც მისი ნაწილი იონიზირებულია, ანუ მას აქვს იონებისა და თავისუფალი ელექტრონების მნიშვნელოვანი რაოდენობა, რომელიც წარმოადგენს აგრეგაციის მეოთხე მდგომარეობას საგანი.

მყარი, თხევადი და აირის... ალბათ უმეტესობა ჩვენგანი იცნობს ამ სამ მდგომარეობას თუმცა, არსებობს აგრეგაციის მეოთხე მდგომარეობა, რომელიც გამომდინარეობს აირისებური მდგომარეობიდან და რომელსაც ხშირად გავდივართ მაღალი. საუბარია პლაზმაზე, იონიზებულ გაზზე, რომელიც გვხვდება ვარსკვლავებში, პლაზმურ ეკრანებში, ცეცხლში და ა.შ.

პლაზმა, როგორც აგრეგაციის მდგომარეობა

როდესაც მატერია მყარ მდგომარეობაშია, მისი ატომები ან მოლეკულები ექვემდებარებიან შეკრულ ძალებს მათ შორის და ქმნიან განსაზღვრულ სტრუქტურებს. თუ მყარის ტემპერატურას ან წნევას ისე შევცვლით, რომ მისი მოლეკულები ისინი უფრო იწყებენ მოძრაობას, საბოლოოდ მცირდება ინტერმოლეკულური ძალები და მივდივართ მდგომარეობამდე თხევადი.

თხევად მდგომარეობაში მოლეკულებს შორის შეკრული ძალები ნაკლებია, ვიდრე მყარ მდგომარეობაში. თხევად მდგომარეობაში მყოფ მატერიას აქვს ნაკლებად ორგანიზებული სტრუქტურა და, შესაბამისად, არ აქვს განსაზღვრული მოცულობა. როგორც წინა შემთხვევაში, თუ ჩვენ შევცვლით სითხის ტემპერატურას ან წნევას, შეგვიძლია მისი შეცვლა აირისებრ მდგომარეობაში.

გაზში ინტერმოლეკულური ძალები ძალიან მცირეა და ზოგ შემთხვევაში პრაქტიკულად ნულოვანია. აირები ითვლება სითხეებად, რომლებშიც მათ შემადგენელი მოლეკულები თავისუფლად მოძრაობენ. გაზის ტემპერატურის ან წნევის გაზრდით, წარმოიქმნება მისი შემადგენელი მოლეკულების მეტი მოძრაობა და ასევე იზრდება შეჯახებების რაოდენობა. ამ შეჯახებამ შეიძლება გამოიწვიოს გარკვეული ატომების ელექტრონების გათავისუფლება მათი ორბიტალებიდან და გათავისუფლება.

სწორედ ამ დროს წარმოიქმნება პლაზმა, იონიზებული გაზი გარკვეული რაოდენობის კატიონებით (დადებითი იონები) და თავისუფალი ელექტრონებით. თავისუფალი ელექტრული მუხტი პლაზმას აქცევს შესანიშნავ ელექტროგამტარებად და ასევე რეაგირებს ელექტრომაგნიტურ ველებზე.

შეიძლება ითქვას, რომ მატერიის ეს ახალი მდგომარეობა პირველად შეისწავლა უილიამ კრუკსმა კათოდური სხივების ექსპერიმენტებში 1880-იან წლებში. თუმცა, სწორედ ფიზიკოსმა ირვინგ ლანგმუირმა 1928 წელს დაადგინა ტერმინი „პლაზმა“ ამ იონიზებული გაზისთვის, რომელიც მოგვიანებით ჩაითვლება მატერიის სხვა მდგომარეობად.

პლაზმა დედამიწაზე და სამყაროში

პლაზმა ითვლება მატერიის აგრეგაციის ყველაზე უხვი მდგომარეობად. ბარიონული მატერიის თითქმის 99%, რომელსაც ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ სამყაროში, პლაზმურ მდგომარეობაშია.

ეს აშკარად არ ეხება ჩვენს პლანეტას, რადგან მატერიის უმეტესი ნაწილი, რომელსაც ჩვენ აქ ვაკვირდებით, აგრეგაციის დანარჩენ სამ მდგომარეობაშია. თუმცა, არის გარკვეული ადგილები ან ფენომენები, სადაც შეგვიძლია დავაკვირდეთ მატერიას პლაზმურ მდგომარეობაში. ელვა, რომელსაც ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ ჭექა-ქუხილის დროს, გამოწვეულია ატმოსფეროში გაზის იონიზაციის შედეგად. იონოსფერო, რომელიც არის ატმოსფეროს იონიზებული ფენა მზის გამოსხივების გამო, ასევე არის პლაზმა. პოლარული ავრორა, რომელიც შეიძლება შეინიშნოს დედამიწის მაგნიტური ველისა და ქარების ურთიერთქმედების შედეგად მზის.

სამყაროში პლაზმა თითქმის ყველგან გვხვდება. თავად ვარსკვლავები პლაზმის დიდი სფეროებია, რომლებიც წარმოიქმნება თერმობირთვული რეაქციების შედეგად, რომელიც ხდება მათ ბირთვებში. გარდა ამისა, ვარსკვლავების მიერ წარმოქმნილი სითბო ასევე იონიზებს მათ გარშემო არსებულ აირისებრ გარემოს, ზოგადად შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ვარსკვლავთშორისი გარემოც არის პლაზმა. ასევე, ვარსკვლავები მიდრეკილნი არიან გამოდევნონ დამუხტული ნაწილაკების დიდი ჭავლები, რომლებსაც ჩვენ ვუწოდებთ „მზის ქარებს“ და რომლებიც მატერიას წარმოადგენენ პლაზმურ მდგომარეობაში. ბევრი ნისლეული, რომელიც შეიძლება ნახოთ სამყაროს სხვადასხვა ადგილას, სხვა არაფერია, თუ არა იონიზირებული გაზი, რომელიც გარს აკრავს ერთ ან მეტ ვარსკვლავს.

ჩვენს ყოველდღიურობაში ასევე შეგვიძლია ვიპოვოთ პლაზმის ტექნოლოგიური გამოყენების რამდენიმე მაგალითი. პლაზმური დისპლეები, როგორც სახელიდან ჩანს, იყენებენ კეთილშობილური გაზებით სავსე განყოფილებებს, რომლებიც იონიზებენ და ასხივებენ სინათლეს. ჩვენ ასევე შეგვიძლია ვიპოვოთ პლაზმა ფლუორესცენტურ მილებში, ნეონის ნათურებში და პლაზმურ ნათურებში, რომლებიც გამოიყენება დეკორატიული მიზნებისთვის.

მატერიის მეხუთე მდგომარეობა?

ექსტრემალურ პირობებში ჩატარებულმა ბოლო ექსპერიმენტებმა მოახერხეს იმის მიღება, რასაც ბევრი მიიჩნევს მატერიის აგრეგაციის მეხუთე მდგომარეობად. ეს არის კვარკ-გლუონის პლაზმა, პლაზმის ტიპი, რომელიც შედგება თავისუფალი კვარკებისა და გლუონებისგან.

კვარკები და გლუონები არის პროტონებისა და ნეიტრონების სამშენებლო ბლოკები, რომლებიც ქმნიან ატომის ბირთვებს. კვარკისა და გლუონის პლაზმა მიიღება ნაწილაკების ამაჩქარებლებში ტყვიის ან ოქროს მძიმე ბირთვების შეჯახებისას. ბირთვებს შორის შეჯახება წარმოქმნის საკმარის ტემპერატურას ისე, რომ რამდენიმე მომენტში კვარკები და გლუონები თავისუფალია და პლაზმა წარმოიქმნება.

კვარკებისა და გლუონების პლაზმის შესწავლა განსაკუთრებით აქტუალურია, რადგან პირველ მომენტებში დიდი აფეთქების შემდეგ და პირველი ატომების წარმოქმნამდე, ითვლება, რომ არსებული მატერია ამაში იყო სახელმწიფო.